(57)【要約】【課題】  インクジェット記録ヘッドのインク液室内を最適な状態に維持し、インク吐出性能を維持出来るようなインクジェット記録ヘッドの構造を提案する。【解決手段】  インクを吐出するノズルを複数有したノズル列を形成し、各ノズルのそれぞれは圧力室に連通し、各圧力室はその上流で共通インク供給液室に連通し、前記共通インク供給液室に外部との連通手段を具備するインクジェット記録ヘッドであって、  インク液室のインク供給路を有する壁が傾斜を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するノズルを複数有したノズル列を形成し、各ノズルのそれぞれは圧力室に連通し、各圧力室はその上流で共通インク供給液室に連通し、前記共通インク供給液室に外部との連通手段を具備するインクジェット記録ヘッドであって、
インク液室のインク供給路を有する壁が傾斜を有する事を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
インク吐出用ノズルとインク吐出用エネルギー発生素子と、それらにインクを供給するための共通インク供給液室、インク供給路、外部との連通手段を具備するインクジェット記録ヘッドにおいて、
インク液室のインク供給路を有する壁が水平である事を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記インクジェット記録ヘッドのインク液室、インク供給路を有する壁面に外部との連通手段を有する事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記インクジェット記録ヘッドのインク液室、インク供給路を有する壁面に設けられる、外部連通手段に弁機構を具備する事を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記インクジェット記録ヘッドのインク液室、インク供給路を有する壁面に設けられる、外部連通手段に半透膜を具備する事を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記インクジェット記録ヘッドのインク液室、インク供給路を有する壁面に設けられる、外部連通手段に弁機構、及び半透膜を具備する事を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
インク供給路がインク供給路を有する壁の低端にある事を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
インク供給路がインク供給路を有する壁の傾斜の中間部にある事を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記インク液室のインク供給路を有する壁面の上端、下端に外部との連通口を具備する事を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
ノズル列は面状であり、共通インク供給液室から、ノズル列面に通じる、外部連通手段を有する事を特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１１】
外部連通手段がインク吐出手段を具備することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１２】
インク吐出の発生は電気機械変換素子を用いることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１３】
インク吐出の発生は電気熱変換素子を用いることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録ヘッドに関するものであり。主に、インクジェット記録ヘッドのインク液室内を最適な状態に維持し、インク吐出性能を維持していくためのインクジェット記録ヘッドの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置では、インクジェット記録ヘッド内にインクを充填する場合、またインクジェット記録ヘッド液室内の気泡除去、インク吐出口面のゴミ、インク残りを除去するため、インクジェット記録ヘッドのインク吐出口が構成されるインクジェット記録ヘッドのフェイス面に密着し、減圧、吸引する手段を有していた。この手法では、インクノズルからのみ気泡除去を行うため、インクノズル部における圧力損失が大きく、更に気泡を除去するためには、インク液室内で速い流速を確保し、気泡を移動せしめるための強い吸引圧力を必要としていた。そこで従来これらの問題の対策として、特開平６−１４３５６５号公報、特開平７−３２６１２号公報にて提案されている様に、インクノズルから侵入する気泡をインクジェット記録ヘッドフェイス面以外から減圧吸引により、各インクノズル毎に除去する構成が提案されている。
【０００３】
また、特公昭６１−１２７８５号公報では、各インクノズル毎では無く縦長のインク共通液室において気泡流出路を縦方向上部に設ける構成が提案されている。更に、実公平６−５１６９号公報においては、気泡流出路の流抵抗をインク吐出ノズルと同等とする事で、気泡排出効果を高める提案がなされている。
【特許文献１】特開平６−１４３５６５号公報
【特許文献２】特開平７−３２６１２号公報
【特許文献３】特公昭６１−１２７８５号公報
【特許文献４】実公平６−５１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電気抵抗素子を用い吐出エネルギーを発生する場合、吐出エネルギーを付加する度に、インク吐出ノズル印字泡が発生し、また、インク液室内の残留気泡がインクジェット記録ヘッド外の大気との分圧差によって成長し、印字に影響を与える事が有る。先述の先願例、特開平０６−１４３５６５号公報、特開平０７−３２６１２号公報においては、各インクノズル毎の構成であり、各インクノズルから侵入する気泡の各インクノズル毎の除去を主眼に置いており、近年のマルチノズル化によるインク吐出ノズル数の増加による、共通インク液室内の気泡除去に関しては考慮されていない。また、インク吐出方向が限定であり、ヘッド姿勢差が発生する場合は、その機能を果たせない構成と成っている。
【０００５】
詳細には、特開平０６−１４３５６５号公報は、圧力室にアクチュエーターを作用させインクを吐出させる方式で、個別の圧力室内に取り込んだ気泡を排出するため、圧力室内に個別に外部連通手段を具備し気泡排出を行う提案である。
【０００６】
特開平０７−３２６１２号公報に於いても、圧電セラミックスを圧力室に設け、その変形力によりインク吐出を行うものであり、複数の圧力室それぞれに個別の外部連通機構を具備した提案である。これらはともに、圧力が作用する圧力室に取り込んだ、あるいは発生した気泡を除去する提案であり、個別のインク吐出ノズルに個別の外部との連通手段を提案するものである。これらは、電気機械変換素子を用いた記録ヘッドにおける各々の吐出ノズルの気泡除去が主眼となっており、複数のインク吐出ノズルを有するマルチノズルのインクジェット記録ヘッドにおける、これら各インクノズルが連通し、インクが供給される共通インク供給液室の気泡除去の観点では提案されていない。その理由として、電気機械変換素子を用いたインク吐出ノズルは、個別の圧力室内の気泡が吐出に深刻な影響をもたらすからであり、さらに、複数のインクノズルを有するマルチノズルの実用弊害を未確認であったと推測される。マルチノズルを有するインクジェット記録ヘッドにおいては、その増加したインク吐出ノズル数により、共通インク供給液室の気泡がインク吐出に与える影響が大きい事が明らかになっている。
【０００７】
上記の課題である共通インク液室の気泡除去を主目的とし、特公昭６１−１２７８５号公報では、各インクノズル毎では無く縦長のインク共通液室において気泡流出路を縦方向上部に設ける構成が提案され、また実公平６−５１６９号公報においては、気泡流出路の流抵抗をインク吐出ノズルと同等とする事で、気泡排出効果を高める提案がなされているが、これらの構成においては、気泡流出路は開放状態であり、気泡流出路からの気泡の侵入、気泡流出路からのインク漏れとういう不都合が発生する。
【０００８】
よって、本発明の目的は、インク吐出ノズルから取り込んだ気泡、インク吐出による発生気泡、経時による成長気泡を常に、ヘッド姿勢差、吐出方向差を限定する事無く、インクの無駄無く共通インク液室内の気泡のみを選択的に除去する構成、及び気泡侵入、インク漏れの無い信頼性の高い外部連通手段を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するための本発明のインクジェット記録ヘッドは以下の構成をとる、
請求項１は、共通インク供給液室に気泡除去を目的とした外部連通手段を設けたインクジェット記録ヘッドにおいて、インク液室内のインク供給路を有する壁が傾斜を有する事を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【００１０】
請求項２は、インク液室内のインク供給路を有する壁が略水平である事を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【００１１】
請求項３は、インク供給路を有する壁に、外部との連通手段を有する事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【００１２】
請求項４は、外部連通手段に弁機構を備える事を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【００１３】
請求項５は、外部連通手段に半透膜を備える事を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【００１４】
請求項６は、外部連通手段に弁機構、及び半透膜を備える事を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【００１５】
請求項７は、インク液室内のインク供給路を有する壁の低端部にインク供給路を有する事を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【００１６】
請求項８は、インク液室内のインク供給路を有する壁の中間部にインク供給路を有する事を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【００１７】
請求項９は、インク液室内のインク供給路を有する壁の傾斜の上端、下端に外部連通手段を有する事を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【００１８】
請求項１０は、ノズル列は面状であり、共通インク供給液室から、ノズル列面に通じる、外部連通手段を有する事を特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【００１９】
請求項１１は、外部連通手段がインク吐出手段を具備することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【００２０】
請求項１２は、インク吐出の発生は電気機械変換素子を用いることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【００２１】
請求項１３は、インク吐出の発生は電気熱変換素子を用いることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【００２２】
上記の構成をとる事により、インク吐出による発生泡、経時によりインク液室内で成長、大体積化した気泡を容易に共通インク液室内から除去する事が可能と成る。また、インクノズルを介さずに気泡除去のためのインク吸引を行えるため、吸引による無駄なインク消費が最低限に抑制可能である。更に、インクノズル近傍の吐出不安定要素を除去する場合において、共通インク液室全体の気泡除去を考慮する必要が無く、吸引量を最小限に抑制可能である。
【００２３】
加えて、インク液内のインク供給路を有する壁の斜面両端に外部連通手段を具備することによりインクジェット記録装置、インクジェット記録ヘッドの姿勢差、インク吐出ノズルと外部連通手段の位置関係に左右される事無く、インク液室からの気泡除去が可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上、述べたように共通インク液室内壁に外部連通手段を有するインクジェット記録ヘッドにより、吸引クリーニングよる不用インクを低減可能となり、共通インク液室内の気泡除去の効果が増大する事により、高信頼性のインクジェット記録装置を提供可能と成る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１を本発明の第１の実施例とし、以下に用いて説明する。付随する記号併せて説明するものとする。
実施例１：
図１は、本発明の一実施例であるマルチノズルインクジェット記録ヘッドの模式断面図である、１−１はインク吐出ノズル、１−２はインク液室、１−３はインクリザーバから１−２インク液室にインクを供給するためのインク供給路、１−４は外部連通手段、１−５は１−４外部連通手段から意図しない時に、外部にインクを漏らさないための弁機構、若しくは半透膜である、１−６は電気抵抗素子若しくは、電気機械変換素子を用いたエネルギー発生素子である。図８にマルチノズルを具備するインクジェット記録ヘッドのインク吐出口側からの模式斜視図を示す。
【００２７】
インクジェット記録ヘッドの吐出動作は、特開平3-101964号公報、特開平4-10940号公報等で説明されており、本提案では、詳細な説明は割愛する。
【００２８】
通常サーマル方式のインクジェット記録ヘッドを駆動させ、所望のインクジェット記録を行う場合、インクジェット記録装置より、所定のタイミングで、所定の電圧、パルスが、インクジェット記録ヘッドのインクジェット記録装置とのコネクタ部を介して、１−６エネルギー発生素子に付加される、この付加パルスによって、電気抵抗素子であるエネルギー発生素子の表面温度が上昇し、突沸と呼ばれる、急激な沸騰によって生じる泡の圧力により、インクを飛翔させ、被記録媒体に到達せしめ、所望の印字を行うのであるが、この時、インクノズル内で完全に消泡せず印字泡残りとして残留する場合があり、この印字泡残りが徐々に集積する事により、インク液室内に大きな気泡として存在する場合が有る。また、マルチノズルを具備するインクジェット記録ヘッドでは、共通インク液室内の発生気泡は、ノズル数が多い分だけ大きい。また、図８に示すマルチノズルヘッドでは、気泡発生はより大きいものとなる。
【００２９】
こうした場合、気泡は、図１中、１−２インク液室内において、鉛直方向上側に浮力で集まる、この気泡を除去するために従来は、１−１インク吐出ノズルからのみ、吸引回復を行っていたが、この場合、インクは、１−３インク流路から１−２インク液室に供給され、１−１インク吐出ノズルから吸引される、よって、１−２インク液室内の鉛直上方向にある気泡を移動し除去せしめるためには、強力な吸引圧力と、十分なインク吸引が必要であった。これにより、気泡の除去を行っている訳であるが、強力な吸引圧力と十分なインク吸引量は、印字には使用されず、言わば不用インクと成っていた。また、図５に示す、従来のインクジェット記録ヘッドの印字状態における、５−２インク液室においては、鉛直方向上方壁は、略水平であり、先述の気泡は、鉛直方向上方壁のどの位置に存在するか不明確であり、どの位置に存在する場合においても、気泡の除去可能な吸引動作をインク吐出ノズル側から行う必要が有った。
【００３０】
本発明では、１−２共通インク液室内に、１−５弁機構、若しくは半透膜を具備する、または、１−５弁機構及び半透膜を共に具備する１−４外部連通手段を設け、図４に示す、外部連通手段に対応する吸引手段により、１−２インク液室内の気泡のみを、無駄にインクを吸引する事無く、吸引除去する事が可能と成る。
【００３１】
また、共通インク液室内のインク供給路を具備する壁は、図１に示すように傾斜を有する事でインク供給路付近に気泡が滞留する事なく１−４外部連通手段へ移動する事が確認されている。図１に示す、１−１インクノズル部内の１−６エネルギー発生素子はいわゆる、エッジシューターを模式しているが、図２に示す２−２エネルギー発生素子の位置、いわゆるサイドシュータ型インクジェット記録ヘッドにおいても、その効果は損なわれる事は無い。また、図６に示すように６−３インク流路が、略水平の壁面の６−３（ａ）、６−３（ｂ）のいずれかの位置に有り、その隣接する壁面において傾斜を構成し、６−４（ｂ）、６−４（ａ）外部連通手段へ、積極的に気泡が集積される構成をとった場合においても効果は損なわれない。更に、印字時の発生気泡だけでなく、インクジェット記録装置が、長期間使用されずに放置された場合、１−２インク液室中に少しでも気泡が残留していれば、外気との成分分圧差によりその残留気泡は、経時するほど大きく成長する。こうした、いわゆる放置泡が、１−２インク液室内の体積に対して充分に大きくなる場合があり、その場合においては、図１中に示す、１−３（ａ）の位置、傾斜壁の低端側にインク流路を構成したほうが好適である。低端部に１−３（ａ）インク流路を構成する事により、１−２インク液室内で気泡が十分に大きくなった場合でも、１−３インク流路は気泡から遠い位置にあり気泡の影響を受けずに、印字時、吸引回復時にインクを供給可能である、また、吸引回復時のインク流れを考慮しても、気泡に阻害される恐れが低減されるのである。
【００３２】
次に、インクジェット記録ヘッド、及びインクジェット記録装置に姿勢差が生じる場合、即ち、二通り以上の印字姿勢を保証するインクジェット記録装置においては、鉛直下方向は、図１中の矢印（Ａ）（Ｂ）の二通りが考えられる、こうした場合、１−２インク液室内において、鉛直上方向が二通りとなる、図中矢印Ａ方向が鉛直下向きの場合気泡は１−４（ａ）、の外部連通手段、および１−５弁機構、半透膜へ、集積する。また、鉛直下向き方向がＢの場合、気泡は、１−４（ｂ）の外部連通手段、及び１−５弁機構、半透膜へ集積される。よって、外部連通手段は図１に示す様に、傾斜を有する壁の上端、下端へ構成する方が、好適である。また、先述したが、鉛直方向が一通りの場合は、１−３インク供給路は、傾斜を有する壁の低端部に構成するのが好適である。更に、１−２インク液室の上端下端に外部連通手段を設ける事により、インク吐出ノズルの鉛直方向に対する向きを規制無く構成可能と成る。
【００３３】
また、本発明のインクジェット記録ヘッドに具備される外部連通手段（１−４）において、従来の技術では開放系、若しくは各ノズルの１本ごとに密閉機構を持つものであったが、開放系の場合、インクジェット記録ヘッド、若しくはインクジェット記録ヘッドが搭載された状態のインクジェット記録装置が、振動落下などの力学的変化を受けた場合、その外部連通手段のインク表面張力によるメニスカスが破断し、インク漏れを生じる場合がある。また、昨今のマルチノズル化されたインクジェット記録ヘッドにおいて各インクノズル１本ごとに外部連通手段を設けその夫々に弁機構を設ける構成は、コスト、サイズ、マルチノズルの配置ピッチ等の観点から、非現実的である。よって、弁機構（１−５）を共通インク液室に配置された外部連通手段（１−４）に設ける事により、振動落下などの力学的変化によってもインクメニスカスの破断は回避される。また、インク蒸発、及び気泡侵入の観点からも、弁機構（１−５）はいずれも抑制する効果がある。この弁機構（１−５）は、気体のみ透過する気体半透膜でも良いし、気体半透膜と弁機構を併用しても良い。いずれの図中の弁機構（１−５）も外部連通手段内の共通インク液室側に図示しているが、外部連通手段内の吸引手段が密着する側に具備されてもその効果が損なわれることは無い。
【００３４】
図３に本発明のインクジェット記録ヘッドを搭載するインクジェット記録装置の模式斜視図を示す。３−１は吸引回復ユニットであり、３−２はインクジェット記録ヘッドを固定、電気的接続を行い、所定の走査を実施するためのキャリッジ、３−３はインクジェット記録ヘッド及びインクタンクのインクジェットカートリッジである。３−１回復ユニットは、インクノズル吸引手段、外部連通手段用の吸引手段、インクジェット記録ヘッドのインク吐出ノズル面を接触清掃するワイピング手段等からなり、通常、非印字領域に設けられる。３−２キャリッジに固定された、３−３インクジェットカートリッジが所定の時期、状態にて３−１回復ユニット位置まで走査し、上記のクリーニング手段により所定のクリーニング動作を行なうものである。
【００３５】
図４に示す吸引用ユニットにおいて、４−１はインクノズルに対応する吸引手段であり、４−２は外部連通手段に対応する吸引手段である。これらは、図３中、３−１吸引回復ユニット部に構成される。この吸引回復ユニットには、図中不図示であるが、インクジェット記録ヘッドのインクノズル面を清掃するワイピング機構も構成される。
【００３６】
インク液室内のインク吐出ノズル近傍の吸引回復を行う場合には、４−１インクノズルに対応する吸引手段を用い、ごく微量の吸引インクを吸引する事のみより、クリーニングを行う。
【００３７】
インク液室内の気泡を除去する場合は、その時の、鉛直上方向の外部連通手段に対応する４−２外部連通手段用吸引手段を用い気泡のみを吸引除去するものである。この時、当然であるが、弁機構を開放状態とする手段４−３を使用しても良いし、吸引圧力により、吸引手段側に開放と成る逆止弁を用いても良い。但し、意図しない場合のインク漏れを防止するために、弁の解放手段４−３を用いた方が好適であり、気体のみを透過する半透過膜と弁機構を併用するのが最も好適である。
【００３８】
インクジェット記録装置の吸引機構の配置効率を顧慮する場合、図７に示すように、インク吐出ノズル面と同一面に共通インク液室が具備する外部連通手段を連通させた方が、記録装置内の各機構の配置効率場は好適である。この実施例において、先述の各実施形態をとった場合でも、その効果は損なわれる事は無い。
【００３９】
次に図９に、外部連通手段がインク吐出用エネルギー発生素子を具備する実施例を示す。１１−１外部連通手段に１１−２インク吐出手段を設ける事により、インクジェット記録装置が具備する吸引手段を用いずとも、外部連通手段に具備されたインク吐出用エネルギー発生素子を駆動することにより、外部連通手段からインクが吐出されインク流を発生可能となる。このインク流により外部連通手段内の気泡除去が促進される。また、このインク流により共通インク液室内の気泡集積、除去も促進される。この外部連通手段内に具備されるインク吐出用エネルギー発生素子は、通常印字には使用されず、インク吸引時、予備吐出時に駆動するものであり、インク吸引時に同時に駆動する事により泡除去は、より効果的に行なわれるものである。また、この実施例において、先述の各実施形態をとった場合でも、その効果は損なわれる事は無い。
【００４０】
以上、本発明の効果は、成長気泡、インクノズルからの侵入気泡を共通インク液室から除去し、高信頼性を得る手段としても十分であり。また、その効果は、サーマル方式インクジェット記録ヘッドに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明、一実施例のインクジェット記録ヘッド断面図。
【図２】本発明、一実施例のインクジェット記録ヘッドのインク吐出ノズル近傍の断面図。
【図３】インクジェット記録装置斜視図。
【図４】吸引回復ユニット模式図。
【図５】従来のインクジェット記録ヘッド断面図。
【図６】本発明、一実施例のインクジェット記録ヘッド断面図。
【図７】本発明、一実施例のインクジェット記録ヘッド断面図および吸引手段模式図。
【図８】マルチノズルインクジェット記録ヘッド模式斜視図。
【図９】本発明、一実施例のインクジェット記録ヘッド断面図および吸引手段模式図。
【符号の説明】
【００４２】
１−１  インク吐出ノズル
１−２  インク液室
１−３  インク供給路
１−４  外部連通手段
１−５  弁機構、半透膜
１−６  エネルギー発生素子
２−１  インク吐出ノズル
２−２  エネルギー発生素子
３−１  吸引回復ユニット
３−２  キヤリッジ
３−３  インクジェットカートリッジ
４−１  インク吐出ノズル用吸引手段
４−２  外部連通手段用吸引手段
４−３  弁解放機構
５−１  インク吐出ノズル
５−２  インク液室
５−３  インク供給路
５−６  エネルギー発生素子
６−１  インク吐出ノズル
６−２  インク液室
６−３  インク供給路
６−４  外部連通手段
６−５  弁機構、半透膜
６−６  エネルギー発生素子
７−１  インク吐出ノズル
７−２  インク液室
７−３  インク供給路
７−４  外部連通手段
７−５  弁機構、半透膜
７−６  エネルギー発生素子
７−７  インク吐出ノズル用吸引手段
７−８  外部連通手段用吸引手段
８−１  インク吐出口
８−２  インク吐出口面
１１−１  外部連通手段
１１−２  インク吐出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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